一種基于基準視場擴散拼接的全景圖像投影方法

晏細蘭

(廣州番禺職業技術學院信息工程學院，廣東 廣州 511483)

在小規模陣列全景中，最優基準視場選擇方法和基于視場單源最短路徑樹形變量最小的投影路徑選擇準則可在大規模高分辨率全景拼接中獲得了比較好的效果[1]。不過在目前全景規模越來越大的情況下，投影路徑越來越長，路徑中投影誤差累加越加明顯，這就需要一種能夠抑制投影累積誤差的投影方法。本文詳細闡述了擴散式全景圖像投影方法，擴散式全景圖像投影解決了原來單源路徑投影會因路徑過長而放大誤差的問題。

1 單源通路投影

生成一個完整的全景圖像，需要把所有視場都投影到一個統一坐標空間里面。雖然全景中并不是所有視場都是相鄰的，但是在知道全景拓撲空間關系和相鄰視場的投影關系后，可以利用投影關系的傳遞性把所有視場都投影到一個基準視場。在全景圖像拼接方面，文獻[2]研究了多攝像機全景視頻生成中基準視場的確定方法，提出了單源最短路徑投影算法和基于視場相異邊界距離度量的全景圖像融合算法。單源路徑的思想是在基準視場方向上的多個相鄰視場中尋找一個最優的視場作為視場通路，這時該視場與非最優相鄰視場的投影關系變成了一個繞回基準視場的通路，如圖1 所示。

圖1 單源通路投影

其中視場0 為基準視場，箭頭為兩條獨立的投影路徑。只討論視場5 與相鄰領域的投影關系，在直接圖像投影式，視場5 與視場4 和2 的投影關系如式(1)：

經過基準視場投影后，視場4 與視場5 的投影關系沒變，但視場2 與視場5 的投影關系變成了式(2)：

可知，視場2 與視場5 的投影關系將會累加兩條路徑上的所有誤差，視場2 和視場5 的局部合成效果將會變得非常不穩定。

2 基于擴散思想的投影方式

為了減少誤差累積，視場投影不能只考慮相鄰位置中最優的一個投影視場，必須考慮其周圍領域通路的所有視場，本文提出一種基于擴散思想的投影方式。如圖2 所示。

圖2 全景四領域擴散示意圖

擴散方式可以為八領域擴散和四領域擴散，考慮到四鄰域的公共視場要比對角領域大、投影誤差小的特質，本方法采用四領域擴散。擴散時先把基準視場標記為第0 層，然后標記第0 層的四鄰域視場為第1 層，如此類推，直到所有視場都標記完畢。標記完畢后將各層由小到大開始投影，投影流程如圖3 所示。

圖3 擴散式投影流程圖

擴散式拼接實質上是考慮局部最優的過程，如圖4 所示，圖像拼接時把周圍圖像因素考慮進去，使得圖像與周圍圖像的拼接誤差平均化，從而減少了圖像與周圍圖像的視覺誤差。

圖4 擴散式拼接

對一個2×6 的全景分布用單源路徑與擴散式拼接，基準都設為左下角(0,0)。對于處于兩個拼接路徑末端的區域，其拼接效果在使用單源路徑時會出現比較大的誤差，而使用擴散式拼接雖然仍具有一定誤差，但效果要比單源路徑拼接要好。因此，單源路徑拼接保證了路徑上拼接最優，但是路徑與路徑之間拼接誤差被放大。擴散式拼接同時考慮了周圍信息，使得拼接局部最優。不過擴散式的投影方法防止了局部誤差過大的問題，實質上是一種局部的誤差平均方法，然而，隨著離基準視場的距離增大，局部整體誤差依然在增大。由此，在考慮減少局部誤差同時，也要全局投影誤差最小，并且不能使用單一視場為基準，可以考慮使用多基準視場或者計算出一個全景空間統一的投影基準坐標系，使得投影變換全局最優。

3 結論

本文針對單源路徑拼接在全景拼接中具有誤差放大的問題，提出更適合大規模全景拼接的擴散式拼接方法，該方法能夠有效減少全景的局部投影誤差。